JP3736796B2 - Wavelength detection device and fluorine molecular laser device using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長検出装置及びそれを用いたフッ素分子レーザ装置に関し、特に、半導体露光装置用のフッ素分子レーザ装置の発光波長を正確に制御するための波長検出装置とそれを搭載したフッ素分子レーザ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
70nm以下のライン幅の半導体集積回路を半導体上に実現するための露光技術において、波長160nm以下の露光用光源が要求されている。そして、現在、波長157nm付近の紫外線を放出するF2 (フッ素分子)レーザ装置がその光源とし有力視されている。
【0003】
F2 レーザ装置には、図13に示すように、主な発振波長が2つあり(λ1 =157.6299nm,λ2 =157.5233nm:Sov.J.Quantum Electron.16(5),May 1986 )、そのスペクトル線幅(FWHM:半値全幅)は約1pm程度である。上記2つの発振線の強度比I(λ1 )/I(λ2 )は約7である。通常、露光には強度の強い波長λ1 (=157.6299nm)の発振ラインが用いられる。
【0004】
ところで、半導体露光技術には大きく分けて以下の2種類ある。
【0005】
1)屈折系(dioptric system) を用いるもの
2)反射屈折系(catadioptric system) を用いるもの
反射屈折光学系を露光技術に用いると、反射光学素子には色分散がないため、反射光学素子と屈折光学素子を組み合わせることにより色収差の発生が抑えられる。そのために、反射屈折系を用いた露光装置が現状157nm付近の波長域では有望視されている。ただし、反射屈折系は従来の屈折系と比較して露光機の光軸調整が困難であり、量産することが難しいとされている。
【0006】
これに対して、屈折系は従来の半導体露光装置に一般的に用いられていた投影光学系である。半導体露光技術では、光学系内での色収差補正方法が1つの大きな問題である。屈折系では、種類の違う屈折率を有するレンズ等の光学素子を組み合わせることによって色収差補正を実現してきた。ただし、157nm付近の波長域において透過性を有する使用可能な光学材料の種類には制限があり、現状ではCaF2 以外は使用できない状況にある。
【0007】
したがって、屈折系の露光装置の光源としてのF2 レーザ装置には狭帯域化が要請される。具体的には、レーザビームのスペクトルの半値全幅を0.3pm以下に狭帯域化することが要求される。この場合、レーザ共振器内に狭帯域化を行うための狭帯域化素子を設置することが必要となる。
【0008】
また、反射屈折系の露光装置の光源としてのF2 レーザ装置には、狭帯域化が不要であるが、上記の通り、F2 レーザ装置には主な発振波長が2つあるので、強度の強い方の波長λ1 (=157.6299nm)の発振ラインを選択する(ラインセレクト方式)ことが必要がある。
【0009】
ところで、発振レーザ光のスペクトルの中心波長が露光中にずれないように高精度に安定化制御する必要がある。そのためには、露光中はモニタモジュール内において、常時基準光に対する発振レーザ光の相対波長を検出し発振レーザ光の絶対波長を検出する。そして、狭帯域化レーザ装置の場合は、この検出結果をレーザ波長コントローラにフィードバックして狭帯域化素子を駆動することにより、中心波長が安定化される。また、ラインセレクトレーザ装置の場合、レーザチャンバ内のレーザガス圧力を制御することにより、発振レーザ光のスペクトルの中心波長が安定化される。
【0010】
従来、特開2000−249600においては、F2 レーザ装置の波長を検出する波長検出装置の基準光及びその波長検出装置が提案されている。
【0011】
また、特開2000−162047には、既知の2本の基準光とその位置を算出して分光器の分散値を補正して、被検出光(ArFエキシマレーザ光、KrFエキシマレーザ光)の波長を演算するようにした波長検出装置が提案されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開2000−249600のように、1つ以上の発光線を基準光として用いる際に基準光として使われる発光線のスペクトル形状には様々な形状を持つことが知られている。例えば、F2 レーザの波長に最も近い発光線を持つ臭素(Br)には、図14(a)に模型的に示すように、基準になる発振波長(基準光2)のスペクトル形状が2つに分かれた形状になっていたり、条件により変化することを本発明者等は発見している。そのため、通常のピーク位置(上記基準光2の拡大図:図14(b))やスペクトル波形の重心位置による位置算出では、上記材料を使用したランプ光源発光線は温度、圧力、組成によりスペクトル形状が微妙に変化するため、いつも一定かつ正確な値を出すことは難しいことがあった。
【0013】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、F2 レーザの波長に近い発光線を持つ臭素の発光線を基準光として用いるようにした波長検出装置において、その基準光の吸収部分を使うことにより安定して正確な波長を検出することができる波長検出装置とそれを搭載したフッ素分子レーザ装置を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の波長検出装置は、基準光源からの光と被検出光源からの光とを入射させて、スペクトル分光を行い、分光されたスペクトルを検出する波長検出装置において、
前記基準光源として自己吸収を伴う臭素放電ランプを用い、その自己吸収線を基準波長とすることを特徴とするものである。
【0015】
この場合に、臭素放電ランプは、Br原子濃度が0.003〜0.150μmol/ccの範囲になるように封入されていることが望ましく、特に、Br原子濃度が0.04μmol/cc以上封入されていることが好ましい。
【0016】
なお、被検出光源としては、フッ素分子レーザ装置が適している。
【0017】
本発明は、以上の波長検出装置を備えたフッ素分子レーザ装置を含むものである。
【0018】
その場合に、その波長検出装置によって検出されたる波長データに基づいて発光波長を選択するフッ素分子レーザ装置と、発光波長を安定化するフッ素分子レーザ装置がある。
【0019】
これらのフッ素分子レーザ装置において、臭素放電ランプからの波長157.484nm近傍のラインと157.639nm近傍のラインを基準光として用いることにより、発振レーザ光の波長を検出することが望ましい。
【0020】
本発明においては、基準光源として自己吸収を伴う臭素放電ランプを用い、その自己吸収線を基準波長とするので、その自己吸収線がシフトする可能性が極めて少ないため、波長検出精度が高く安定したものとなり、その波長検出装置を搭載したフッ素分子レーザ装置は、所定の波長を長時間にわたり安定して正確に発振することができ、屈折系、反射屈折系何れの半導体露光装置にも適した露光光源となる。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明の波長検出装置及びそれを用いたフッ素分子レーザ装置の実施例を説明する前に、まず、本発明において用いる基準光源としての臭素放電ランプについて説明する。この臭素放電ランプは、特願2000−345719において提案されているものと同様のものを用いる。
【0022】
図2は、フッ素分子レーザ装置の発振レーザ光を制御するための基準光源としての臭素放電ランプ10の構成例を示す図であり、例えば長さ150mm、外径20mm程度の放電容器1は、本体ケース2と窓部材3から構成されている。本体ケース2は概略円筒形状をしており、例えばホウケイ酸ガラスあるいは石英ガラスから形成される。窓部材3は容器内部で生成した真空紫外光を取り出すためのもので、合成石英ガラスあるいはフッ化マグネシウム、フッ化リチウムからなる概略円板状部材が本体ケース2の一端2aを塞ぐように取り付けられる。本体ケース2の外表面には、概略リング状の例えば銅、アルミニウムからなる2つの電極4a、4bが密着する形で巻き付けられており、この電極4a、4bからの接続線が交流電源5に接続される。電極4a、4bの幅は例えば10mmであり、電極4aと放電容器1の端部との距離は例えば20mm、電極4bと窓部材3との距離は例えば50mmである。
【0023】
放電容器1の内部には、発光成分として臭素原子、点灯始動用バッファーガスとしてのアルゴンが封入される。発光成分としての臭素原子は0.005μmol/cc〜0.040μmol/ccの範囲、より好ましくは、0.005μmol/cc〜〜0.015μmol/ccの範囲で封入きれる。一方、希ガスはキセノン、アルゴン、クリプトンから選ばれた少なくとも1種のガスが採用され、0.3kPa〜3.5kPa(常温)の範囲で、より好ましくは、0.67kPa〜2.67kPa(常温)の範囲で封入される。
【0024】
なお、放電容器1には、発光物質としては臭素原子以外を必要としない。
【0025】
このような臭素放電ランプ10の放電プラズマ6からは、図3に示すように、主なフッ素分子(F2 )レーザ発振ラインであるλ1 =157.6299nmの近傍に、157.639nm、157.484nmの発光ラインを有する光が発光する。従来例の特開2000−249600に記載されるように、フッ素分子レーザの波長検出には、1本若しくは2本以上の発光ラインを基準光として用いる。臭素放電ランプの場合、157.639nm、157.484nmの発光ラインの中の少なくとも1本を用いてフッ素分子レーザビームの波長検出を行う。
【0026】
図4に図3の157.484nmライン近傍の拡大図、図5に図3の157.639nmライン近傍の拡大図を示す。図3〜図5に、臭素放電ランプの本体ケース内に封入する臭素(Br)原子の封入量を0.0005μmol/cc、0.0016μmol/cc、0.003μmol/cc、0.005μmol/cc、0.03μmol/ccと変化させたときの臭素放電ランプのスペクトル特性を示す。なお、Br原子はいくつかの方法でランプ内に導入できる。例えば、Br2 として封入されたり、CH2 Br2 、あるいは、臭化水素(HBr)の形態で封入されている。また、始動用バッファーガスとしてアルゴン(Ar)が3.3kPa封入されている。
【0027】
図3〜図5のスペクトル特性は、回折格子を用いた分光器で測定されたものである。
【0028】
図3〜図5から明らかなように、157.484nmライン、157.639nmラインにおいては、Br原子濃度が高い程、スペクトル分布における自己吸収によるdip(窪み)部分が顕著となる。
【0029】
自己吸収によるdipが生じないBr原子濃度領域は、dipが生じるBr原子濃度領域より低濃度となる。そのため、Br原子濃度の減少によりランプから放出される光の強度は弱く、さらに、ランプ点灯によりBr原子濃度が減少すると、光強度が不安定となり、波長検出装置の基準光源として使用した場合、S/N比が悪化し、測定精度が劣化する。また、スペクトル波形のピーク形状が不安定となるので、波長検出装置のセンサにおけるピーク位置(チャンネル)の特定が困難になる。
【0030】
自己吸収によるdipが生じるBr原子濃度領域は、dipが生じないBr原子濃度領域より高濃度となる。そのため、Br原子濃度の増加によりランプから放出される光の強度は強い。ランプ点灯によりBr原子濃度が減少した場合、スペクトル波形のピーク形状は変化するが、dip部分の谷底部分位置は変化しないことが特に図5より分かった。したがって、波長検出装置においてこの自己吸収ラインを基準ラインとして用いる場合、波長位置(チャンネル)の特定が容易で安定していて精度も良い。また、dip位置の強度も測定に十分な程大きかった。
【0031】
臭素放電ランプにおいては、シュタルク拡がり、ファンデルワールス拡がりが無視できるので、この自己吸収により生ずるdipの最深部は、シフトする可能性は極めて少ないと考えられる。そのため、dip部分を基準光源の基準ラインとすると、波長検出装置の測定精度が安定して向上する。
【0032】
図4に示す157.484nmラインにおいては、Br原子濃度が0.003μmol/cc以上のときに自己吸収によるdipが観測された。また、図5に示す157.639nmラインにおいても、Br原子濃度が0.003μmol/ccより大きい場合に自己吸収によるdipが観測された。したがって、少なくともBr原子濃度が0.003μmol/ccより大きい場合に、Br放電ランプの157nm付近のラインは自己吸収によるdipが観測される。特に157.639nmラインにおいては、Br原子濃度が0.03μmol/ccのときに明確なdip部分が確認できる。
【0033】
図6は、臭素放電ランプの本体ケース内に封入する臭素(Br)原子の封入量を0.030μmol/cc、0.050μmol/cc、0.150μmol/cc、0.250μmol/ccと変化させたときの臭素放電ランプのスペクトル特性を示す。図6より明らかなように、157.484nmライン、157.639nmラインにおいては、Br原子濃度が0.150μmol/cc以上となると、光強度が略0となる。すなわち、自己吸収により両ラインが外部へ放出されない。
【0034】
以上から、Br原子濃度が0.0005〜0.150μmol/ccの範囲内で、臭素放電ランプの157nm付近のラインの中、少なくとも1本は自己吸収によるdipが観測される。また、0.003〜0.150μmol/ccの範囲内で、157.484nmライン、157.639nmラインの両者に自己吸収によるdipが観測される。
【0035】
なお、ランプを点灯すると、本体ケース内のBr原子は本体ケースのホウケイ酸ガラスと反応して消費され、発光に寄与するBr原子の数が減少する。すなわち、点灯時間が経過するにつれ、Br原子濃度が徐々に減少する。よって、ランプ本体に封入するBr原子濃度はなるべく濃度が大きい方がランプの寿命の点で望ましいが、0.150μmol/ccに近くなると、自己吸収による強度が小さくなりすぎるので、好ましくない。
【0036】
特願2000−345719において提案されている臭素放電ランプにおいては、実用上のランプ強度という観点から、Br原子濃度が、前記のように0.005〜0.04μmol/ccが好ましく、0.04μmol/ccを越えると、自己吸収により強度が小さくなるので好ましくないとしている。
【0037】
本発明においては、157.484nmライン、157.639nmラインに特化して着目し、これらのラインにおいて寧ろ自己吸収によるdipを積極的に基準ラインとして使用することに主眼を置くものであり、上記したように、Br原子濃度が0.003〜0.150μmol/ccの範囲が有効である。特に、ランプ点灯中のBrの消費が生じても、自己吸収によるdipがなるべく長時間発生するようにランプの寿命を設定するために、Br原子濃度がなるべくリッチな状態でランプ本体中に封入されていることが好ましく、例えば、ランプ本体に0.04μmol/cc以上封入しておくことが望ましい。
【0038】
以上のように、本発明の波長検出装置の基準光源に用いられる臭素放電ランプは、自己吸収によるdipが生じるようにBr原子濃度を調整しておき、波長基準として自己吸収ラインを用いることにより、S/N比も大きく、また、基準位置(チャンネル)の特定も容易となり、安定で精度の高い波長検出が可能となるものである。
【0039】
次に、このような臭素放電ランプの自己吸収ラインを基準波長として用いる本発明の波長検出装置の実施例を説明する。
【0040】
図1は、本発明に基づき基準光源及び被検出光源の入力ポートをそれぞれ1つ持った波長検出装置の概略図である。この波長検出装置は、分光器20の基準光源部11に図2に示したような臭素放電ランプ10を配置し、被検出光導光部12には例えば被検出光源であるフッ素分子レーザ装置からの被検出光を導入する。基準光源部11からの基準光はレンズ14を経てビーム合成器15に入射され、被検出光導光部12からの被検出光は、デフューザ13とレンズ14を介してビーム合成器15に入射される。ビーム合成器15で合成された基準光と被検出光は、分光器20の入射スリット21を通ってコリメート用凹面鏡22、分散素子としての回折格子23、集光用凹面鏡24を順に経て、凹面鏡24の焦点面上に波長分散されたスペクトルを生じる。その面上に波長分散方向に離散的な多数の検出チャンネルを持つフォトダイオードアレイ(PDA)、CCD等のスペクトルセンサ26が配置されており、図7に示すようなスペクトル波形が観察される。
【0041】
なお、上記した例では、基準光と被検出光とを合成して、両者を同時に検出したが、両者を合成することなく別個に検出してもよい。
【0042】
図7の基準光1と基準光2は、基準光源である臭素放電ランプ10の2つの波長(157.4841nm、157.6387nm)のラインであり、この2つのラインの横軸上での正確な位置が分かれば、例えば特開2000−162047に示すように、分光器20の実際の特性値を演算し、センサ26上における基準光1、2及び被検出光の検出位置と、演算された分光器20の実際の特性値と、基準光1、2の既知の波長(157.4841nm、157.6387nm)とに基づいて、被検出光の波長を演算する計算方法にて、分光器20の特性が変化した場合でも、被検出光源であるフッ素分子レーザ装置から出力される被検出光の波長を誤差なく精度良く検出することができる。
【0043】
ここで、基準光源である臭素放電ランプ10は、157nm波長基準として十分な強度を持つ場合には、図3〜図6を用いて説明したように自己吸収によるdipが出やすく、例えば157.639nmライン(基準光2)では図7に模式的に示したような谷部が生じる。基準光1、2を用いて波長を特定する場合、前記のように、発光線より自己吸収線を用いた方が、より安定性に優れている。特に臭素放電ランプの吸収線の場合、Hgランプに比較すると、ほとんど発光と共に吸収が起こっているため、一旦吸収線が確認された場合、その吸収位置であるボトム位置は安定している。
【0044】
実際に、基準光2の波形にHgランプ等でよく知られる自己吸収による窪みが生じていた場合、自己吸収部分の最小値をその光の測定波長位置として計算を行うことにより、自己吸収による波形の変動の影響を減らすことができ、高精度に波長を算出することができる。
【0045】
この場合、サーチする基準光範囲を決定し、その中での谷部分を探すことにより簡単に自己吸収位置を算出することができる。この最小位置を求める際にも、図8に模式的に示すように、計測ポイント(センサ26の離散的な検出チャンネル位置)の測定値を基準波長として使うこともできるが、ボトム位置(X2,Y2)を含む両側の計測ポイント(X1,Y1)と(X3,Y3)の値から、3点近似やローレンツ近似、スプライン近似等の近似を行うことにより、チャンネル間の最小位置(図8の星印の位置)を補間して決定をすることができ、より正確な波長計測が可能となる。なお、図8の破線の曲線は3点近似によりボトム位置(X2,Y2)を含む両側の計測ポイント(X1,Y1)と(X3,Y3)を通る2次曲線であり、その極小点がチャンネル間の最小位置(星印)となる。
【0046】
ここで、3点近似においては、ボトム位置は次のようにして決められる。
Y1=Y3 又は Y1−2Y2+Y3=0のとき、
ボトム位置:X2
それ以外のとき、
ボトム位置:X2+(Y1−Y3)/[2(Y1−2Y2+Y3)]
となる。
【0047】
また、ローレンツ近似においては、ボトム位置は次のようにして決められる。
【0048】
Y=K×a2 /[(X−b)2 +a2 ]
3点(X1,Y1),(X2,Y2),(X3,Y3)を通る関数では、
b=[X12 (Y1×Y3−Y1×Y2)+X22 (Y1×Y2−Y2×Y3)+X32 (Y2×Y3−Y1×Y3)]/{2[X1(Y1×Y3−Y1×Y2)+X2(Y1×Y2−Y2×Y3)+X3(Y2×Y3−Y1×Y3)]}
a2 =[(X3−b)2 Y3−(X2−b)2 Y2]/(Y2−Y3)
K=[(X2−b)2 +a2 ]Y2/a2
となり、ボトム位置(Xp,Yp)は、
Xp=b
Yp=K
となる。
【0049】
ところで、臭素放電ランプ10の基準光1(157.4841nm)は、図9に模式的に示したように、ピークの自己吸収がわずかに観察されて結果としてなだらかな波形となるときがある(図4)。図9のような波形の場合、窪みの最小位置は測定ピーク位置前後で変動することが多いため、単純な近似ではボトム位置の変動が激しくなる。それを防ぐために、重心をとる方法や、一定範囲内でのピークのFWHMに含まれるチャンネルの中心値をとる方法もある。もちろん、FWHMでなく、ピーク値の10%あるいは1/e2 等に含まれるチャンネルの中心値をとる方法等、スペクトル形状に合わせた設定を行ってもよい。
【0050】
なお、被検出光であるフッ素分子レーザ発振ラインを検出する場合、急峻なピークであるが、波形や分光装置の精度により計測ポイントだけでピーク位置を決定すると計測誤差が大きくなることがある。この場合、ピークの検出位置を3点近似やローレンツ近似により算出したり、スペクトルの重心を求め、その位置を決定する。これにより、フッ素分子レーザ発振ラインの高精度な位置決めが可能となり、それを使いさらに精度良く波長被検出光の波長を算出することができる。
【0051】
本発明では、図1の被検出光導光部12に、被検出光源としてフッ素分子レーザ装置からの被検出フッ素分子レーザ光を導入し、臭素放電ランプ10からの基準光とビーム合成器15で合成し、分光器20でスペクトル分光してスペクトルセンサ26でスペクトル波形を検出し、臭素放電ランプ10の基準光1、2及びフッ素分子レーザからの被検査光のスペクトルセンサ26上での位置を、上記の方法を適用することにより正確に導出して、1つ以上の基準光位置と被検査光の位置を使用して、被検査光(フッ素分子レーザ発振ライン)の精度良い絶対波長の検出を行う。
【0052】
実際の計算結果について説明する。図10はラインセレクトされたレーザビームを検出した際に得られたスペクトル波形を示しており、基準光1として臭素放電ランプ10の157.48410nmの光、基準光2として臭素放電ランプ10の157.63870nmの光とし、基準光1では、ピーク強度の半値に含まれるチャンネルの中心(図9)のチャンネルを用い、基準光2では、自己吸収部分のチャンネルを3点近似により求めている(図8)。これら2つのセンサチャンネル、それに対応する波長、及び、計測されたラインセレクトされたフッ素分子レーザ発振ライン(被検出光)のピークチャンネル(3点近似により求めた)から、フッ素分子レーザ発振ラインのメイン波長である157.63157nmが計算により導出された。なお、フッ素分子レーザ発振ラインは、ガス条件により変化するものである。
【0053】
次に、図1のような本発明による波長検出装置を用いたフッ素分子レーザ装置の実施例について説明する。
【0054】
図11は、反射屈折系の露光装置に用いられるラインセレクト方式のフッ素分子レーザ装置の構成例を示す図である。図11に示すように、レーザチャンバ31の両端には、ウインド33、34が設けられている。レーザチャンバ31内には、放電用の2つの電極32、すなわち、アノード電極とカソード電極とが、上下に(紙面と平行して紙面の手前と奥側に)配置されている。これらの電極32間には、高圧電源(図示せず)によって放電用の高電圧が印加される。放電方向は、紙面と直交する垂直方向である。レーザ媒質であるレーザガスが充填されたレーザチャンバ31内において、2つの電極32間に放電を発生させることによりレーザガスが励起され、レーザ発振が起こる。なお、図11において、レーザ共振器は下記のアウトプットカプラー36と全反射ミラー113とから構成される。
【0055】
レーザチャンバ31の後側にはラインセレクトモジュール100が配置される。ラインセレクトモジュール100は、例えば、CaF2 からなるプリズム111とプリズム112とを含む角度分散素子115及び全反射ミラー113からなり、これらはこの順に設置される。角度分散素子115の角度分散方向は、放電方向と直交する水平方向である。また、レーザチャンバ31の前側には、スリット35とアウトプットカプラー36とがこの順に配置される。
【0056】
レーザチャンバ31へのレーザガス等のガスの充填は、レーザチャンバ31と不図示のガス供給源とに接続されているガス供給ライン71を介して行われる。ガス供給ライン72にはバルブ73が設けられ、ガスコントローラ70により開閉が制御される。
【0057】
また、レーザチャンバ31に封入されたガスの排気は、レーザチャンバ31と不図示の真空ポンプ等のガス排気手段とに接続されているガス排気ライン72を介して行われる。ガス排気ライン72にはバルブ74が設けられ、ガスコントローラ70により開閉が制御される。
【0058】
フッ素分子レーザ装置の強度の強い方の波長λ1 (=157.6299nm)の発振ラインのラインセレクトは以下のように行われる。主な2つの発振ラインλ1 、λ2 (=157.5233nm)を含むレーザビームは、プリズム111、112からなる角度分散素子115の分散作用により、角度分散素子115における屈折角が各発振ラインでそれぞれ異なることになる。角度分散素子115から出射されたビームはウインド33、34を通過して、開口を有するスリット35に至る。ここで、発振ラインλ1 のみスリット35の開口を通過し、発振ラインλ2 を含む他のラインがスリット35により遮光されるように角度分散素子115を配置することにより、発振ラインλ1 を選択することが可能となる。
【0059】
本発明の波長検出装置は、主な2つの発振ラインλ1 、λ2 を含むフッ素分子レーザビームを検出可能であり、ラインセレクトを行うための角度分散素子115のアライメント時に使用される。具体的には、本発明の波長検出装置にあたるモニタモジュール50がレーザビームの波長を検出し、そのデータがコントローラ60に送出される。コントローラ60は、波長λ1 (=157.6299nm)の発振ライン以外が出力されないように、第1ドライバ61若しくは第2ドライバ62を駆動して、プリズム111、プリズム112、全反射ミラー130の少なくとも1つの姿勢角を調節する。
【0060】
また、長時間レーザ光が出力されると、プリズム111、112内でレーザ光が吸収されてプリズム111、112の温度が上昇し、プリズム111、112の屈折率が大きくなってビームの屈折角が変化する。フッ素分子レーザ装置の場合、レーザビームの進行方向自体がずれ、全反射ミラー113とアウトプットカプラー36とが作るレーザ共振器の光軸がずれることになるので、レーザ出力が低下する。フッ素分子レーザ装置の場合、レーザ光の波長が157nm前後とVUV(真空紫外)領域であり、先に述べたように、この波長域の光を透過させるプリズムの材質としては、実際上、CaF2 しかない。KrFレーザビーム、ArFレーザビームより短波長のF2 レーザビームはCaF2 に対して吸収が大きく、また露光用F2 レーザ装置に求められるレーザの平均出力は40Wと大きいので、プリズム111、112の温度上昇が起こりやすい。
【0061】
本発明の波長検出装置は、長時間レーザ光が出力され、プリズムの屈折率が大きくなってビームの屈折角が変化しても、波長λ1 (=157.6299nm)の発振ライン以外出力されず、また、その出力が最大になるように制御するためにも用いられる。
【0062】
具体的には、アライメント時と同様、モニタモジュール50がレーザビームの波長を検出し、そのデータがコントローラ60に送出される。コントローラ60は、波長λ1 (=157.6299nm)の発振ライン以外出力されず、また、その出力が最大になるように、第1ドライバ61若しくは第2ドライバ62を駆動して、プリズム111、プリズム112、全反射ミラー130の少なくとも1つの姿勢角を調節するものである。
【0063】
一方、長時間レーザ光が出力されると、電極32間で行われる放電に起因する発熱でレーザチャンバ内のレーザガス温度が上昇してレーザガス圧力が変化し、レーザ光の波長が変化して所望の波長からずれてしまう。
【0064】
本発明の波長検出装置は、長時間レーザ光が出力され、レーザガス圧力が変化しても、ラインセレクトされたレーザ光の波長λ1 が所望の値となるように波長制御するためにも用いられる。
【0065】
具体的には、モニタモジュール50がレーザビームの波長λ1 を検出し、そのデータがコントローラ60に送出される。コントローラ60は検出データと予め記憶しておいた所定波長の値とを比較する。検出した波長λ1 の値が所定の値より小さい場合には、コントローラ60は波長λ1 が長波長側にシフトするようにレーザチャンバ31内のレーザガス圧力を増やすよう制御する。すなわち、コントローラ60は、ガスコントローラ70にレーザチャンバ31内のレーザガス圧力を増やすように指令を出す。ガスコントローラ70は、この指令に基づきガス供給ライン71のバルブ73を開けてレーザチャンバ31内にガス供給源からガスを供給してレーザチャンバ31内のガス圧力を上げる。
【0066】
逆に、検出した波長λ1 の値が所定の値より大きい場合には、コントローラ60は波長λ1 が短波長側にシフトするようにレーザチャンバ31内のレーザガス圧力を減らすよう制御する。すなわち、コントローラ60はガスコントローラ70にレーザチャンバ31内のレーザガス圧力を減らすように指令を出す。ガスコントローラ70は、この指令に基づきガス排気ライン72のバルブ74を開けてレーザチャンバ31内のレーザガスの一部をガス排気手段により排気してレーザチャンバ31内のガス圧力を下げる。
【0067】
次に、狭帯域化フッ素分子レーザ装置の構成例を図12に示す。狭帯域化F2 レーザ装置の構成例は、図11に示したラインセレクト方式のF2 レーザ装置の構成例において、レーザチャンバ31の後側に配置されたラインセレクトモジュール100の代わりに、狭帯域化モジュール120が配置されるものであり、その他の構成要素は同様である。狭帯域化モジュール120は、例えば、1個若しくはそれ以上のプリズム121、122(図12の構成例では、直角プリズム121、122)からなる拡大光学系125と、リトロー配置のエシェル型回折格子123からなり、これらはこの順に配置される。レーザ共振器は、狭帯域化モジュール120に搭載された回折格子123とアウトプットカプラー36とにより構成される。回折格子123による波長選択により、スペクトルの狭帯域化が実現する。
【0068】
上記したように、長時間レーザ光が出力されると、プリズム121、122内でレーザ光が吸収されてプリズム121、122の温度が上昇し、プリズム121、122の屈折率が大きくなってビームの屈折角が変化する。すなわち、回折格子123への光の入射角が変化し、F2 レーザ装置から放出されるレーザビームの波長がずれる。
【0069】
本発明の波長検出装置は、長時間レーザ光が出力され、プリズムの屈折率が大きくなってビームの屈折角が変化しても、波長のずれが起こらないように制御するために用いられる。
【0070】
具体的には、モニタモジュール50がレーザビームの波長を検出し、そのデータがコントローラ60に送出される。コントローラ60は、レーザビームの波長が所定波長となるようにドライバ63を駆動して、回折格子123の姿勢角を調節して、回折格子123への光の入射角を制御して、波長安定化制御を行う。
【0071】
なお、波長安定化システムは、直角プリズム121、122の何れかの姿勢角を制御するように構成してもよい。
【0072】
以上、本発明の波長検出装置及びそれを用いたフッ素分子レーザ装置をその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【0073】
なお、本発明に基づくと、F2 レーザの波長に近い発光線を持ち、かつ、光強度が一定以上の炭素C、鉄Fe、ナトリウムNa、フッ素F、マグネシウムMg、アルミニウムAl、アルゴンAr、カルシウムCa、スカンジウムSc、クロムCr、マンガンMn、ニッケルNi、銅Cu、ゲルマニウムGe、ヒ素As、白金Ptの中の1つ以上の発光線を基準光として用いるようにした波長検出装置においても、基準光の自己吸収部分を使うことにより、安定して正確な波長を検出することができると推測される。
【0074】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の波長検出装置及びそれを用いたフッ素分子レーザ装置によると、基準光源として自己吸収を伴う臭素放電ランプを用い、その自己吸収線を基準波長とするので、その自己吸収線がシフトする可能性が極めて少ないため、波長検出精度が高く安定したものとなり、その波長検出装置を搭載したフッ素分子レーザ装置は、所定の波長を長時間にわたり安定して正確に発振することができ、屈折系、反射屈折系何れの半導体露光装置にも適した露光光源となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例の波長検出装置の構成を示す概略図である。
【図2】基準光源としての臭素放電ランプの1実施例の構成を示す図である。
【図3】臭素放電ランプからの発光スペクトル特性の例を示す図である。
【図4】図3の157.484nmライン近傍の拡大図である。
【図5】図3の157.639nmライン近傍の拡大図である。
【図6】臭素放電ランプの封入する臭素原子の封入量を変えたときのスペクトル特性を示す図である。
【図7】図1の配置で得られるスペクトル波形の例を示す図である。
【図8】自己吸収位置を算出するために発振ラインを模式的に示す図である。
【図9】ピークの自己吸収が少ないときのピーク位置算出方法を説明するための図である。
【図10】実際に得られたスペクトル波形とそれに基づいた検出結果を示す図である。
【図11】本発明に基づくラインセレクト方式のフッ素分子レーザ装置の構成例を示す図である。
【図12】本発明に基づく狭帯域化フッ素分子レーザ装置の構成例を示す図である。
【図13】フッ素分子レーザ装置の2つの主な発振波長を説明するための図である。
【図14】フッ素分子レーザ装置に最も近い発光線を持つ臭素のスペクトル形状とそれを用いる場合の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
1…放電容器
2…本体ケース
2a…本体ケースの一端
3…窓部材
4a、4b…電極
5…交流電源
6…放電プラズマ
10…臭素放電ランプ
11…基準光源部
12…被検出光導光部
13…デフューザ
14…レンズ
15…ビーム合成器
20…分光器
21…入射スリット
22…コリメート用凹面鏡
23…回折格子
24…集光用凹面鏡
26…スペクトルセンサ
31…レーザチャンバ
32…電極
33、34…ウインド
35…スリット
36…アウトプットカプラー
50…モニタモジュール
60…コントローラ
61…第1ドライバ
62…第2ドライバ
63…ドライバ
70…ガスコントローラ
71…ガス供給ライン
72…ガス排気ライン
73、74…バルブ
100…ラインセレクトモジュール
111、112…プリズム
113…全反射ミラー
115…角度分散素子
120…狭帯域化モジュール
121、122…プリズム
123…エシェル型回折格子
125…拡大光学系[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wavelength detection device and a fluorine molecular laser device using the same, and more particularly to a wavelength detection device for accurately controlling the emission wavelength of a fluorine molecular laser device for a semiconductor exposure apparatus and a fluorine molecular laser equipped with the wavelength detection device. It relates to the device.
[0002]
[Prior art]
In an exposure technique for realizing a semiconductor integrated circuit having a line width of 70 nm or less on a semiconductor, an exposure light source having a wavelength of 160 nm or less is required. Currently, F that emits ultraviolet light having a wavelength of about 157 nm is emitted.2A (fluorine molecule) laser device is regarded as a promising light source.
[0003]
F2As shown in FIG. 13, the laser device has two main oscillation wavelengths (λ1= 157.6299nm, λ2= 157.5233 nm: Sov. J. Quantum Electron. 16 (5), May 1986), and its spectral line width (FWHM: full width at half maximum) is about 1 pm. The intensity ratio I (λ of the two oscillation lines1) / I (λ2) Is about 7. Usually, the wavelength λ is strong for exposure.1(= 157.6299 nm) oscillation line is used.
[0004]
By the way, there are the following two types of semiconductor exposure techniques.
[0005]
1) Using a dioptric system
2) Using a catadioptric system
When the catadioptric optical system is used for the exposure technique, since the reflective optical element has no chromatic dispersion, the occurrence of chromatic aberration can be suppressed by combining the reflective optical element and the refractive optical element. Therefore, an exposure apparatus using a catadioptric system is promising in the present wavelength range near 157 nm. However, the catadioptric system is difficult to adjust the optical axis of the exposure machine as compared with the conventional refractive system, and is difficult to mass-produce.
[0006]
On the other hand, the refractive system is a projection optical system that is generally used in a conventional semiconductor exposure apparatus. In the semiconductor exposure technology, the chromatic aberration correction method in the optical system is one big problem. In the refraction system, chromatic aberration correction has been realized by combining optical elements such as lenses having different refractive indexes. However, there is a limit to the types of optical materials that can be used in the wavelength region near 157 nm, and currently CaF2It is in the situation which cannot be used except.
[0007]
Therefore, F as a light source for a refractive exposure apparatus.2A narrow band is required for the laser device. Specifically, it is required to narrow the full width at half maximum of the laser beam spectrum to 0.3 pm or less. In this case, it is necessary to install a band narrowing element for narrowing the band in the laser resonator.
[0008]
Further, F as a light source of a catadioptric exposure apparatus.2The laser device does not require a narrow band, but as described above, F2Since the laser device has two main oscillation wavelengths, the stronger wavelength λ1It is necessary to select an oscillation line (= 157.6299 nm) (line select method).
[0009]
By the way, it is necessary to perform stabilization control with high accuracy so that the center wavelength of the spectrum of the oscillation laser beam does not shift during exposure. For this purpose, the relative wavelength of the oscillation laser light with respect to the reference light is always detected in the monitor module during exposure to detect the absolute wavelength of the oscillation laser light. In the case of a narrow band laser apparatus, the center wavelength is stabilized by feeding back the detection result to the laser wavelength controller and driving the narrow band element. In the case of a line select laser device, the center wavelength of the spectrum of the oscillation laser light is stabilized by controlling the laser gas pressure in the laser chamber.
[0010]
Conventionally, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-249600, F2A reference light of a wavelength detection device that detects the wavelength of a laser device and a wavelength detection device thereof have been proposed.
[0011]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-162047 calculates the wavelength of the detected light (ArF excimer laser light, KrF excimer laser light) by calculating the known two reference lights and their positions and correcting the dispersion value of the spectrometer. There has been proposed a wavelength detection device that calculates the above.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-249600, it is known that the spectrum shape of an emission line used as reference light has various shapes when using one or more emission lines as reference light. For example, F2For bromine (Br) having an emission line closest to the wavelength of the laser, as shown schematically in FIG. 14A, the spectrum shape of the reference oscillation wavelength (reference light 2) is divided into two. The present inventors have found that it changes or changes depending on conditions. Therefore, in the position calculation based on the normal peak position (enlarged view of the reference light 2: FIG. 14B) and the center of gravity position of the spectrum waveform, the lamp light source emission line using the above material has a spectrum shape depending on temperature, pressure, and composition. Since it changes slightly, it was sometimes difficult to obtain a constant and accurate value.
[0013]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object thereof is F2A wavelength detector that uses a bromine emission line with an emission line close to the wavelength of the laser as the reference light, and can detect the wavelength stably and accurately by using the absorption part of the reference light. An apparatus and a fluorine molecular laser device equipped with the device are provided.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The wavelength detection device of the present invention that achieves the above-mentioned object is the wavelength detection device that makes the light from the reference light source and the light from the light source to be detected incident, performs spectral spectroscopy,
A bromine discharge lamp with self-absorption is used as the reference light source, and the self-absorption line is used as a reference wavelength.
[0015]
In this case, the bromine discharge lamp is preferably sealed so that the Br atom concentration is in the range of 0.003 to 0.150 μmol / cc, and in particular, the Br atom concentration is sealed at 0.04 μmol / cc or more. It is preferable.
[0016]
Note that a fluorine molecular laser device is suitable as the light source to be detected.
[0017]
The present invention includes a fluorine molecular laser device including the above-described wavelength detection device.
[0018]
In that case, there are a fluorine molecular laser device that selects an emission wavelength based on wavelength data detected by the wavelength detection device, and a fluorine molecular laser device that stabilizes the emission wavelength.
[0019]
In these fluorine molecular laser devices, it is desirable to detect the wavelength of the oscillation laser light by using a line near the wavelength 157.484 nm and a line near 157.639 nm from the bromine discharge lamp as the reference light.
[0020]
In the present invention, a bromine discharge lamp with self-absorption is used as a reference light source, and the self-absorption line is used as a reference wavelength. Therefore, there is very little possibility that the self-absorption line is shifted. The fluorine molecular laser device equipped with the wavelength detection device can oscillate a predetermined wavelength stably and accurately over a long period of time, and is suitable for both refractive and catadioptric semiconductor exposure devices. It becomes a light source.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Before describing an embodiment of the wavelength detection device of the present invention and a fluorine molecular laser device using the same, first, a bromine discharge lamp as a reference light source used in the present invention will be described. The bromine discharge lamp is the same as that proposed in Japanese Patent Application No. 2000-345719.
[0022]
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a
[0023]
Inside the
[0024]
In addition, the
[0025]
From the
[0026]
4 is an enlarged view of the vicinity of the 157.484 nm line of FIG. 3, and FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the 157.639 nm line of FIG. 3 to 5, the amount of bromine (Br) atoms enclosed in the main body case of the bromine discharge lamp is 0.0005 μmol / cc, 0.0016 μmol / cc, 0.003 μmol / cc, 0.005 μmol / cc, The spectral characteristics of a bromine discharge lamp when changing to 0.03 μmol / cc are shown. Br atoms can be introduced into the lamp by several methods. For example, Br2 Or enclosed as CH2Br2 Or in the form of hydrogen bromide (HBr). Further, argon (Ar) is sealed as a starting buffer gas at 3.3 kPa.
[0027]
The spectral characteristics shown in FIGS. 3 to 5 are measured by a spectrometer using a diffraction grating.
[0028]
As apparent from FIGS. 3 to 5, in the 157.484 nm line and the 157.639 nm line, as the Br atom concentration is higher, a dip (dent) portion due to self-absorption in the spectral distribution becomes more prominent.
[0029]
The Br atom concentration region where dip due to self-absorption does not occur is lower than the Br atom concentration region where dip occurs. Therefore, the intensity of light emitted from the lamp is weak due to the decrease in Br atom concentration, and further, when the Br atom concentration decreases due to lamp lighting, the light intensity becomes unstable, and when used as a reference light source for a wavelength detector, S / N ratio deteriorates and measurement accuracy deteriorates. Further, since the peak shape of the spectrum waveform becomes unstable, it is difficult to specify the peak position (channel) in the sensor of the wavelength detection device.
[0030]
The Br atom concentration region where dip due to self absorption occurs is higher than the Br atom concentration region where dip does not occur. Therefore, the intensity of light emitted from the lamp is strong due to the increase in Br atom concentration. It can be seen from FIG. 5 that when the Br atom concentration is decreased by lighting the lamp, the peak shape of the spectrum waveform changes, but the position of the valley bottom portion of the dip portion does not change. Therefore, when this self-absorption line is used as a reference line in the wavelength detection device, the wavelength position (channel) can be specified easily, stably, and with high accuracy. The intensity at the dip position was also large enough for measurement.
[0031]
In the bromine discharge lamp, the Stark expansion and Van der Waals expansion can be ignored. Therefore, it is considered that the deepest part of the dip caused by this self-absorption is very unlikely to shift. Therefore, when the dip portion is used as the reference line of the reference light source, the measurement accuracy of the wavelength detector is stably improved.
[0032]
In the 157.484 nm line shown in FIG. 4, dip due to self-absorption was observed when the Br atom concentration was 0.003 μmol / cc or more. In the 157.639 nm line shown in FIG. 5, dip due to self-absorption was observed when the Br atom concentration was higher than 0.003 μmol / cc. Therefore, when at least the Br atom concentration is greater than 0.003 μmol / cc, a dip due to self absorption is observed in the line near 157 nm of the Br discharge lamp. In particular, in the 157.639 nm line, a clear dip portion can be confirmed when the Br atom concentration is 0.03 μmol / cc.
[0033]
In FIG. 6, the amount of bromine (Br) atoms enclosed in the main body case of the bromine discharge lamp is changed to 0.030 μmol / cc, 0.050 μmol / cc, 0.150 μmol / cc, and 0.250 μmol / cc. Shows the spectral characteristics of the bromine discharge lamp. As apparent from FIG. 6, in the 157.484 nm line and the 157.639 nm line, when the Br atom concentration is 0.150 μmol / cc or more, the light intensity becomes substantially zero. That is, both lines are not released to the outside due to self-absorption.
[0034]
From the above, when the Br atom concentration is in the range of 0.0005 to 0.150 μmol / cc, dip due to self-absorption is observed in at least one of the lines near 157 nm of the bromine discharge lamp. In addition, within the range of 0.003 to 0.150 μmol / cc, dip due to self absorption is observed in both the 157.484 nm line and the 157.639 nm line.
[0035]
When the lamp is turned on, Br atoms in the main body case are consumed by reacting with the borosilicate glass in the main body case, and the number of Br atoms contributing to light emission is reduced. That is, as the lighting time elapses, the Br atom concentration gradually decreases. Therefore, it is desirable that the concentration of Br atoms enclosed in the lamp body is as high as possible from the viewpoint of the life of the lamp. However, when the concentration is close to 0.150 μmol / cc, the strength due to self-absorption becomes too small, which is not preferable.
[0036]
In the bromine discharge lamp proposed in Japanese Patent Application No. 2000-345719, from the viewpoint of practical lamp intensity, the Br atom concentration is preferably 0.005 to 0.04 μmol / cc as described above, and 0.04 μmol / cc. If it exceeds cc, the strength decreases due to self-absorption, which is undesirable.
[0037]
In the present invention, the focus is on the 157.484 nm line and the 157.639 nm line, and the focus is on positively using the dip due to self-absorption as the reference line in these lines. Thus, a range of Br atom concentration of 0.003 to 0.150 μmol / cc is effective. In particular, in order to set the lamp life so that dip due to self-absorption occurs for as long as possible even when consumption of Br occurs during lamp lighting, it is enclosed in the lamp body with a Br atom concentration as rich as possible. For example, it is desirable to seal 0.04 μmol / cc or more in the lamp body.
[0038]
As described above, the bromine discharge lamp used for the reference light source of the wavelength detection device of the present invention adjusts the Br atom concentration so that dip due to self absorption occurs, and uses the self absorption line as the wavelength reference. The S / N ratio is large, the reference position (channel) can be specified easily, and stable and highly accurate wavelength detection is possible.
[0039]
Next, an embodiment of the wavelength detection device of the present invention using such a self-absorption line of a bromine discharge lamp as a reference wavelength will be described.
[0040]
FIG. 1 is a schematic diagram of a wavelength detection device having one input port for each of a reference light source and a detected light source according to the present invention. In this wavelength detection device, a
[0041]
In the example described above, the reference light and the detected light are combined and detected at the same time, but may be detected separately without combining them.
[0042]
The
[0043]
Here, when the
[0044]
Actually, when a depression due to self-absorption well known in an Hg lamp or the like is generated in the waveform of the
[0045]
In this case, a self-absorption position can be easily calculated by determining a reference light range to be searched and searching for a valley portion in the range. When obtaining this minimum position, as schematically shown in FIG. 8, the measurement value of the measurement point (discrete detection channel position of the sensor 26) can be used as the reference wavelength. By performing approximation such as three-point approximation, Lorentz approximation, spline approximation, etc. from the values of measurement points (X1, Y1) and (X3, Y3) on both sides including Y2), the minimum position between the channels (star in FIG. 8). The position of the mark) can be interpolated and determined, and more accurate wavelength measurement is possible. The dashed curve in FIG. 8 is a quadratic curve that passes through the measurement points (X1, Y1) and (X3, Y3) on both sides including the bottom position (X2, Y2) by three-point approximation, and the minimum point is the channel. It becomes the minimum position (star) between.
[0046]
Here, in the three-point approximation, the bottom position is determined as follows.
When Y1 = Y3 or Y1-2Y2 + Y3 = 0,
Bottom position: X2
Otherwise
Bottom position: X2 + (Y1-Y3) / [2 (Y1-2Y2 + Y3)]
It becomes.
[0047]
In the Lorentz approximation, the bottom position is determined as follows.
[0048]
Y = K × a2/ [(X-b)2+ A2]
In a function passing through three points (X1, Y1), (X2, Y2), (X3, Y3),
b = [X12(Y1 * Y3-Y1 * Y2) + X22(Y1 * Y2-Y2 * Y3) + X32(Y2 * Y3-Y1 * Y3)] / {2 [X1 (Y1 * Y3-Y1 * Y2) + X2 (Y1 * Y2-Y2 * Y3) + X3 (Y2 * Y3-Y1 * Y3)]}
a2= [(X3-b)2Y3- (X2-b)2Y2] / (Y2-Y3)
K = [(X2-b)2+ A2] Y2 / a2
And the bottom position (Xp, Yp) is
Xp = b
Yp = K
It becomes.
[0049]
By the way, the reference light 1 (157.48441 nm) of the
[0050]
Note that, when detecting a fluorine molecular laser oscillation line that is light to be detected, the peak is a steep peak, but if the peak position is determined only by the measurement point depending on the waveform or the accuracy of the spectroscopic device, the measurement error may increase. In this case, the peak detection position is calculated by three-point approximation or Lorentz approximation, the center of gravity of the spectrum is obtained, and the position is determined. As a result, the fluorine molecular laser oscillation line can be positioned with high accuracy, and the wavelength of the wavelength detection light can be calculated with higher accuracy using this.
[0051]
In the present invention, a detected fluorine molecular laser beam from a fluorine molecular laser device is introduced as a detected light source into the detected
[0052]
Actual calculation results will be described. FIG. 10 shows a spectrum waveform obtained when a line-selected laser beam is detected. The
[0053]
Next, an embodiment of a fluorine molecular laser device using the wavelength detector according to the present invention as shown in FIG. 1 will be described.
[0054]
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a line select type fluorine molecular laser device used in a catadioptric exposure apparatus. As shown in FIG. 11, windows 33 and 34 are provided at both ends of the laser chamber 31. In the laser chamber 31, two
[0055]
A line
[0056]
The laser chamber 31 is filled with a gas such as a laser gas via a gas supply line 71 connected to the laser chamber 31 and a gas supply source (not shown). The gas supply line 72 is provided with a valve 73, whose opening and closing is controlled by the
[0057]
The gas sealed in the laser chamber 31 is exhausted through a gas exhaust line 72 connected to the laser chamber 31 and a gas exhaust means such as a vacuum pump (not shown). The gas exhaust line 72 is provided with a valve 74, whose opening and closing is controlled by the
[0058]
Wavelength λ, which is the stronger of the fluorine molecular laser device1The line selection of the oscillation line (= 157.6299 nm) is performed as follows. Two main oscillation lines λ1, Λ2The laser beam including (= 157.5233 nm) has a different refraction angle in each of the oscillation lines due to the dispersion action of the angle dispersion element 115 including the
[0059]
The wavelength detector of the present invention has two main oscillation lines λ1, Λ2Can be detected, and is used during alignment of the angle dispersive element 115 for line selection. Specifically, the monitor module 50 corresponding to the wavelength detection device of the present invention detects the wavelength of the laser beam, and the data is sent to the
[0060]
When laser light is output for a long time, the laser light is absorbed in the
[0061]
The wavelength detection device of the present invention has a wavelength λ even when laser light is output for a long time, the refractive index of the prism increases, and the refraction angle of the beam changes.1(= 157.6299nm) other than the oscillation line is not output, and it is also used to control the output to be maximized.
[0062]
Specifically, as in the alignment, the monitor module 50 detects the wavelength of the laser beam and sends the data to the
[0063]
On the other hand, when the laser beam is output for a long time, the laser gas temperature in the laser chamber rises due to the heat generated by the discharge performed between the
[0064]
The wavelength detection device of the present invention has a wavelength λ of the line-selected laser light even if the laser light is output for a long time and the laser gas pressure changes.1Is also used to control the wavelength so that becomes a desired value.
[0065]
Specifically, the monitor module 50 determines the wavelength λ of the laser beam.1And the data is sent to the
[0066]
Conversely, the detected wavelength λ1If the value of is greater than the predetermined value, the
[0067]
Next, FIG. 12 shows a configuration example of a narrow-band fluorine molecular laser device. Narrow band F2A configuration example of the laser device is a line select type F shown in FIG.2In the configuration example of the laser device, a
[0068]
As described above, when laser light is output for a long time, the laser light is absorbed in the
[0069]
The wavelength detection device of the present invention is used for controlling so that a wavelength shift does not occur even when a laser beam is output for a long time and the refractive index of the prism is increased and the refraction angle of the beam is changed.
[0070]
Specifically, the monitor module 50 detects the wavelength of the laser beam, and the data is sent to the
[0071]
Note that the wavelength stabilization system may be configured to control the attitude angle of any of the right-
[0072]
As mentioned above, although the wavelength detection apparatus of this invention and the fluorine molecular laser apparatus using the same have been demonstrated based on the principle and Example, this invention is not limited to these Examples, A various deformation | transformation is possible.
[0073]
According to the present invention, F2Carbon C, iron Fe, sodium Na, fluorine F, magnesium Mg, aluminum Al, argon Ar, calcium Ca, scandium Sc, chromium Cr, manganese Mn having emission lines close to the wavelength of the laser and having a light intensity above a certain level Even in a wavelength detector that uses one or more emission lines of nickel Ni, copper Cu, germanium Ge, arsenic As, and platinum Pt as reference light, it is stable by using the self-absorption part of the reference light. Thus, it is estimated that an accurate wavelength can be detected.
[0074]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the wavelength detection device of the present invention and the fluorine molecular laser device using the same, a bromine discharge lamp with self-absorption is used as a reference light source, and the self-absorption line is used as a reference wavelength. Since the possibility of shifting the self-absorption line is extremely low, the wavelength detection accuracy is high and stable, and the fluorine molecular laser device equipped with the wavelength detection device is stable and accurate over a long period of time. It can oscillate, and is an exposure light source suitable for both refractive and catadioptric semiconductor exposure apparatuses.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a wavelength detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of one embodiment of a bromine discharge lamp as a reference light source.
FIG. 3 is a diagram showing an example of emission spectral characteristics from a bromine discharge lamp.
4 is an enlarged view near the 157.484 nm line of FIG. 3;
FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the 157.639 nm line of FIG. 3;
FIG. 6 is a diagram showing spectral characteristics when the amount of bromine atoms enclosed in a bromine discharge lamp is changed.
7 is a diagram showing an example of a spectrum waveform obtained with the arrangement of FIG. 1; FIG.
FIG. 8 is a diagram schematically showing an oscillation line for calculating a self-absorption position.
FIG. 9 is a diagram for explaining a peak position calculation method when there is little self-absorption of peaks.
FIG. 10 is a diagram showing a spectrum waveform actually obtained and a detection result based thereon.
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a line select type fluorine molecular laser device according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a narrow-band fluorine molecular laser device according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram for explaining two main oscillation wavelengths of the fluorine molecular laser device.
FIG. 14 is a diagram for explaining a spectrum shape of bromine having an emission line closest to the fluorine molecular laser device and problems in using it.
[Explanation of symbols]
1 ... Discharge vessel
2. Body case
2a ... One end of the body case
3. Window member
4a, 4b ... electrodes
5… AC power supply
6. Discharge plasma
10 ... Bromine discharge lamp
11 ... Reference light source
12 ... Detected light guide
13 ... Diffuser
14 ... Lens
15 ... Beam combiner
20 ... Spectroscope
21: Incident slit
22 ... Collimating concave mirror
23 ... Diffraction grating
24 ... Condensing concave mirror
26 ... Spectrum sensor
31 ... Laser chamber
32 ... Electrode
33, 34 ... Wind
35 ... Slit
36 ... Output coupler
50 ... Monitor module
60 ... Controller
61. First driver
62 ... Second driver
63 ... Driver
70 ... Gas controller
71 ... Gas supply line
72 ... Gas exhaust line
73, 74 ... Valve
100 ... Line select module
111, 112 ... Prism
113 ... Total reflection mirror
115. Angular dispersion element
120 ... Narrow band module
121, 122 ... Prism
123 ... Echelle diffraction grating
125 ... Magnifying optical system
Claims (8)
前記基準光源として自己吸収を伴う臭素放電ランプを用い、その自己吸収線を基準波長とすることを特徴とする波長検出装置。In the wavelength detection device that makes the light from the reference light source and the light from the light source to be detected incident, performs spectral spectroscopy, and detects the dispersed spectrum,
A wavelength detection apparatus using a bromine discharge lamp with self-absorption as the reference light source, and using the self-absorption line as a reference wavelength.
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